[发明专利]用于光转换的楔状物

说明书

包括专用波导组件的设备、系统和方法被提供以用于执行光变换。一些波导组件包括波导和补偿透镜。波导包括前表面和后表面，其中波导被配置为在前表面处接收外部光并且将外部光通过波导传输到后表面。补偿透镜位于后表面上，并且被配置为将从后表面发射的光导向靠近后表面的出射光瞳。补偿透镜具有朝向波导定向的输入表面和远离波导定向的相对的输出表面。波导有时可以在混合现实显示器上以最小的失真来增加用户的视场。

技术领域

本公开的实施例总体涉及光学领域，并且具体涉及包括用于执行光变换的专用波导组件的设备、系统和方法。

背景技术

诸如头戴式显示(HMD)设备的近眼显示(NED)设备最近已被引入消费者市场以支持诸如混合现实(MR)的可视化技术，混合现实包括增强现实(AR)和虚拟现实(VR)。NED设备可以包括组件，诸如一个或多个光源、微显示模块、控制电子器件，以及诸如波导、透镜、分束器等各种光学器件。

在NED设备中使用波导来将表示人工生成的图像的光从设备的图像生成组件传送或引导到用户的眼睛。在这方面，NED设备中的波导充当设备到用户的图像输出接口。因此，NED设备中的波导有时被称为“输出波导”。

在一些NED设备，计算机生成的图像从透明输出波导相对于真实世界环境而被投影，用户也通过输出波导来查看该计算机生成的图像。这使得计算机生成的图像看起来与真实世界环境相互作用。在一些AR应用中，投影图像被直接叠加在用户视场内的其他对象的位置上。

用户感知为存在于真实世界环境中的计算机生成的图像的“位置”必须被精确地计算和生成。计算机生成的图像通过输出波导向用户的眼睛的传送中的任何错误，或者计算机生成的图像关于真实世界环境的失真，都会给用户带来不适或迷失方向。在一些应用中，计算机生成的图像的传送中的错误或计算机生成的图像的失真可能降低MR显示器的所感知的现实和整体效用。

NED设备的视场(FOV)通常由输出波导相对于使用者的眼睛的取向来被限定。有时有可能通过修改输出波导的取向来增加FOV，使得它们环绕用户的眼睛。然而，对波导取向的这些类型的改变可能对连接和组装输出波导以及将MR投影与用户的FOV内的物体对准产生附加的挑战。

发明内容

所公开的实施例包括设备、系统和方法，其包括用于执行光变换的专用波导组件。这些实施例中的一些可操作以增加用户的FOV和/或相对于用户的FOV增加用于利用NED设备在期望位置处投影图像的精度。

在一些实施例中，波导组件被提供有波导和补偿透镜。波导包括前表面和后表面，并且被配置为在前表面处接收外部光并且将外部光通过波导传输到后表面。补偿透镜位于后表面上，并且被配置为将从后表面发射的光导向靠近后表面的出射光瞳。补偿透镜具有输入表面和输出表面。输入表面朝向波导被定向，并且外表面远离波导被定向。输入表面和输出表面形成非零补偿角。在一些实施例中，头戴式NED系统被配置为包括波导组件、光学耦合到波导组件的光源以及支撑波导组件和光源的壳体。波导组件包括第一波导和补偿透镜。波导包括前表面和后表面，并且被配置为在前表面处接收外部光并且将外部光通过第一波导传输到后表面。补偿透镜位于后表面上，并且被配置为将从后表面发射的光导向靠近后表面的出射光瞳。补偿透镜具有输入表面和输出表面。输入表面朝向第一波导被定向，并且外表面远离第一波导被定向。输入表面和输出表面形成非零补偿角。

所公开的实施例还包括通过波导组件引导光的方法，该引导通过：以相对于波导的角度折射来自光源的信号光，将信号光入耦合(in-coupling)以沿着波导传播，将信号光与信号光混合，将来自波导的信号光出耦合(out-coupling)以输出传出信号光，以及用补偿透镜补偿传出信号光的方向，以将传出信号光导向出射光瞳。

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍概念的选集，这些概念将在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围中的辅助。